KR20050010712A - Electric machine with improved stator fixing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하우징, 고정자 및 회전자를 포함하는 전기 기계에 관한 것이며, 특히 하우징에 고정자를 보다 양호하게 고정하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to an electrical machine comprising a housing, a stator and a rotor, and more particularly to a better fixing of the stator to the housing.
전기 기계는 예를 들면 차량의 전기 보조 구동 장치와 같이, 많은 분야에서 모터 또는 발전기로서 사용된다. 영구 여자 전기 기계에서, 대량 생산 시, 고정자는 일반적으로 하우징(포트(pot))에 부착된다. 일반적으로, 고정자는 일측의 돌출된 돌기 및 반대측의 각인된 막힌 구멍을 통해 서로 적층되거나 또는 가압된 복수의 서로 적층된 개별 판으로 이루어진다. 고정자는 천공 가공된 판으로 제작되므로, 고정자는 자체의 천공 에지에서 뾰족한 버어(burr)를 포함한다. 이는 원통형 하우징내로 고정자 적층부를 가압하도록 시도할 때, 제작 공차의 합으로 인해 한편으로는 가장 큰 가압력이 요구되나 다른 한편으로는 가압 중 금속 칩이 고정자의 뾰족한 버어로부터 분리될 수 있음을 나타낸다. 이 칩은 한편 부품의 변형을 발생시키고, 다른 한편 전기 기계내의 자유로운 칩이 조기의 고장을 일으킬 수도 있다. 따라서, 충분한 공정의 신뢰를 보장할 수 있도록, 근래에 고정자는 부착에 의해 전기 기계의 하우징과 결합된다.Electric machines are used as motors or generators in many fields, such as, for example, electric auxiliary drives of vehicles. In permanent excitation electric machines, in mass production, the stator is generally attached to a housing (pot). In general, the stator consists of a plurality of stacked individual plates stacked on each other or pressed against each other through protruding protrusions on one side and stamped blind holes on the opposite side. Since the stator is made of perforated plates, the stator includes sharp burrs at its perforated edges. This indicates that when attempting to pressurize the stator stack into the cylindrical housing, the sum of manufacturing tolerances requires on the one hand the greatest pressing force but on the other hand the metal chip can be separated from the stir burr of the stator during pressurization. This chip, on the one hand, causes deformation of the components, and on the other hand, free chips in the electric machine may cause premature failure. Thus, in recent years, the stator is engaged with the housing of the electric machine by attachment to ensure sufficient process reliability.
이에 비해, 청구범위 제1항의 특징을 포함하는 본 발명에 따른 전기 기계는 하우징과 고정자 사이의 부착 결합을 생략할 수 있다는 장점을 포함한다. 이를 통해 본 발명에 따른 전기 기계는 접착제가 존재하지 않음으로써 보다 고온 영역에서 작동될 수 있다. 본 발명에 따르면, 전기 기계의 하우징과 고정자 사이에는 기계적 열적으로 안정한 결합이 형성된다. 여기서, 하우징은 적어도 하나의 내측으로 돌출된 영역을 포함하여, 고정자는 하우징의 내부에서 내측으로 돌출된 영역에 의해 고정된다. 내측으로 돌출된 영역은 하우징의 내부 재킷형 표면 상에서 국부적으로 한정되어 있으므로, 고정자는 하우징의 재킷형 내부 영역에서 고정될 수 있다. 또한, 고정자와 하우징 사이의 가압 결합을 통해 큰 공차 범위에 걸쳐 대략 일정한 가압력이 발생된다. 본 발명에 따르면, 부착에 의한 종래의 결합 방법에서보다 더 큰 공차가 수용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 최종적으로 칩을 제거하거나 또는 고정자 공차를 감소시키도록, 고정자 적층부 또는 고정자 판을 절삭하여 마무리 가공하는 것이 요구되지 않는다.In comparison, an electric machine according to the invention comprising the features of claim 1 comprises the advantage that the attachment coupling between the housing and the stator can be omitted. This allows the electric machine according to the invention to be operated in a higher temperature region by the absence of adhesives. According to the invention, a mechanical and thermally stable bond is formed between the housing of the electric machine and the stator. Here, the housing comprises at least one inwardly protruding region, such that the stator is secured by an inwardly protruding region in the interior of the housing. Since the inwardly projecting area is locally defined on the inner jacketed surface of the housing, the stator can be secured in the jacketed inner area of the housing. In addition, a pressure coupling between the stator and the housing produces a substantially constant pressing force over a large tolerance range. According to the invention, larger tolerances can be accommodated than in conventional joining methods by attachment. In addition, according to the present invention, it is not required to cut and finish the stator stack or stator plate so that the chips are finally removed or the stator tolerance is reduced.
종속항들의 대상은 본 발명의 양호한 실시예들을 포함한다.The subject matter of the dependent claims includes preferred embodiments of the invention.
양호하게는, 하우징은 두 개의 내측으로 돌출된 영역을 포함한다. 이 때, 고정자는 하우징에서 하우징의 두 개의 내측으로 돌출된 영역 및 내부 재킷 표면에 의해 고정된다. 따라서, 고정자는 자체의 외주를 따라 3개의 구간에서 확실하게 고정된다.Preferably, the housing includes two inwardly projecting areas. At this time, the stator is fixed in the housing by two inwardly protruding regions of the housing and the inner jacket surface. Thus, the stator is securely fixed in three sections along its outer circumference.
본 발명의 다른 양호한 실시예에 따르면, 고정자는 하우징의 내측으로 돌출된 영역에 의해서만 고정된다.According to another preferred embodiment of the present invention, the stator is fixed only by an area projecting inwardly of the housing.
특히 양호하게는, 내측으로 돌출된 영역이 하우징의 주연을 따라 동일한 폭으로 서로 이격된다. 이를 통해, 고정력이 고정자 상으로 균일하게 분포되는 것이 달성된다.Particularly preferably, the inwardly projecting areas are spaced from one another at the same width along the periphery of the housing. This achieves a uniform distribution of the clamping force onto the stator.
본 발명의 다른 양호한 실시예에 따르면, 고정자와 하우징의 내부 재킷 영역 사이에 양호하게는 고정자를 완전히 둘러싸는 재킷형 중간 요소가 배치된다. 이를통해, 고정자는 우선 재킷형 중간 요소내로 도입되고, 그 다음 재킷형 중간 요소와 함께 전기 기계의 하우징내로 도입될 수 있다. 이를 통해 가압 공정 중 칩 발생이 확실히 감소될 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, a jacketed intermediate element is preferably disposed between the stator and the inner jacket area of the housing, which completely surrounds the stator. Through this, the stator can first be introduced into the jacketed intermediate element and then together with the jacketed intermediate element into the housing of the electric machine. This can reliably reduce chip generation during the pressing process.
양호하게는, 재킷형 중간 요소는 주연 방향으로 중첩되는 영역을 포함한다. 본 발명의 다른 양호한 실시예에 따르면, 재킷형 중간 요소는 중첩 영역이 아니라 접합 에지를 포함하도록 형성된다. 재킷형 중간 요소는 중첩 영역 또는 접합 에지에서 예를 들면 용접에 의해 서로 결합될 수 있다.Preferably, the jacketed intermediate element comprises a region overlapping in the peripheral direction. According to another preferred embodiment of the present invention, the jacketed intermediate element is formed to include a bond edge rather than an overlapping area. The jacketed intermediate elements can be joined to one another, for example by welding, at overlapping regions or at the joining edges.
하우징내로 재킷형 중간 요소를 도입시키는 것을 간단하게 하기 위해, 양호하게는 재킷형 중간 요소는 점차 가늘어지는 영역, 특히 원추형 영역을 포함한다.In order to simplify the introduction of the jacketed intermediate element into the housing, the jacketed intermediate element preferably comprises a tapered region, in particular a conical region.
특히 양호하게는, 내측으로 돌출된 영역은 하우징의 외측 영역에 형성된 홈을 통해 제작된다. 양호하게는, 홈은 하우징의 축방향으로, 특히 양호하게는 고정자의 전체 축 길이에 걸쳐 연장되거나 또는 복수의 보다 짧은, 연속되거나 또는 주연 방향으로 서로 오프셋되어 배치된 홈이 제공된다.Particularly preferably, the inwardly projecting area is made through a groove formed in the outer area of the housing. Preferably, the grooves are provided with grooves arranged in the axial direction of the housing, in particular preferably over the entire axial length of the stator or arranged offset from one another in a plurality of shorter, continuous or peripheral directions.
양호하게는 재킷형 중간 요소는 스프링강으로 제작된다.Preferably the jacketed intermediate element is made of spring steel.
또한, 양호하게는, 하우징의 내측으로 돌출된 영역은 경화되어 있거나 또는 하우징의 내측으로 돌출된 영역 상에는 추가적인 경화층이 도포되어 있다. 경화는 예를 들면 질화, 불꽃 경화 또는 유도 경화를 통해 실행될 수 있고, 양호하게는 하우징의 전체 내부 표면이 아니라, 돌출된 영역만이 경화된다.Also preferably, the region projecting into the interior of the housing is cured or an additional cured layer is applied on the region projecting into the interior of the housing. Curing can be effected, for example, via nitriding, spark hardening or induction hardening, preferably only the protruding areas are hardened, not the entire inner surface of the housing.
특히 양호하게는, 전기 기계의 하우징은 포트형으로 형성된다.Particularly preferably, the housing of the electric machine is formed in a port shape.
양호하게는, 본 발명에 따른 전기 기계는 EC-모터 또는 EC-발전기이며, 특히양호하게는 차량에서, 예를 들면 전기 윈도우 리프트, 전기 슬라이딩 루프, 와이퍼 모터 등과 같은 특히 쾌적 장치용 보조 구동 장치로서 사용된다. 이를 통해, 본 발명에 따른 전기 기계의 제작상의 장점이 대량 생산에 의해 특히 양호하게 사용될 수 있어, 종래 기술에 비해 상당한 비용상의 장점이 발생된다.Preferably, the electric machine according to the invention is an EC-motor or an EC-generator, particularly preferably in a vehicle, for example as an auxiliary drive for a particularly comfortable device such as an electric window lift, an electric sliding loop, a wiper motor or the like. Used. This allows the manufacturing advantages of the electrical machine according to the invention to be used particularly well by mass production, resulting in a significant cost advantage over the prior art.
이하에서 첨부 도면과 관련하여 본 발명에 따른 전기 기계의 실시예가 설명된다.DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS An embodiment of an electric machine according to the present invention is described below in connection with the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기 기계의 개략적 종단면도이며,1 is a schematic longitudinal sectional view of an electric machine according to a first embodiment of the present invention,
도 2는 도 1에 도시된 전기 기계의 개략적 횡단면도이고,2 is a schematic cross-sectional view of the electric machine shown in FIG. 1,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기 기계의 개략적 횡단면도이며,3 is a schematic cross-sectional view of an electric machine according to a second embodiment of the present invention,
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기 기계의 개략적 횡단면도이고,4 is a schematic cross-sectional view of an electric machine according to a third embodiment of the present invention,
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기 기계의 개략적 횡단면도이며,5 is a schematic cross-sectional view of an electric machine according to a fourth embodiment of the present invention,
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 전기 기계의 개략적 횡단면도이다.6 is a schematic cross-sectional view of an electric machine according to a fifth embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 전기 기계1: electric machine
2 : 하우징2: housing
3 : 돌출된 영역3: protruded area
4 : 고정자4: stator
5 : 회전자5: rotor
이하에서 도 1 및 도 2와 관련되어 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기 기계(1)가 설명된다. 전기 기계(1)는 차량에서 사용되는 EC-모터이다. 도 1은 도 2의 선(Ⅰ-Ⅰ)을 따른 단면도이다.1 and 2, an electric machine 1 according to a first embodiment of the present invention is described below. The electric machine 1 is an EC-motor used in a vehicle. 1 is a cross-sectional view along the line I-I of FIG. 2.
전기 기계(1)는 하우징(2), 고정자(4), 그 위에 배치된 영구자석(6)을 포함하는 회전자축(5) 및 전기 플러그형 연결부(8)를 포함한다. 회전자축은 자체의 양 대향 단부에서 2개의 베어링(7)상에 지지된다. 고정자(4)는 공지된 방식으로 절연부와 센서 및 코일을 포함한다. 하우징(2)은 포트형으로 형성되고, 자체의 개방 측면에서 루프 요소(13)에 의해 폐쇄된다. 회전자축(5)의 토크는 전기 기계(1)로부터 돌출되어 회전자축상에 일체형으로 형성된 톱니부(14)를 통해 제거될 수 있다.The electric machine 1 comprises a housing 2, a stator 4, a rotor shaft 5 comprising a permanent magnet 6 arranged thereon and an electrical plug type connection 8. The rotor shaft is supported on two bearings 7 at their opposite ends. The stator 4 comprises an insulation, a sensor and a coil in a known manner. The housing 2 is formed in a port shape and is closed by the loop element 13 on its open side. The torque of the rotor shaft 5 can be removed through the teeth 14 protruding from the electric machine 1 and integrally formed on the rotor shaft.
도 2는 하우징(2)과 고정자(4) 사이의 연결부를 상세히 도시한다. 보다 양호한 개요를 위해 도 2에는 고정자(4)의 코일이 도시되지 않는다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 하우징(2) 상에서 그 외주연상에는 복수의 길이방향 홈이 형성되어 있어, 하우징(2)의 내부 재킷(jacket) 주연상에는 내측으로 돌출된 영역(3)이 형성된다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서 정확히 9개의 돌출된 영역(3)이 형성되어 있다. 돌출된 영역(3)은 하우징(2)의 원통형 부분의 전체 길이에 걸쳐 연장되고, 하우징(2)의 제작 시 간단히 동시에 형성될 수 있다. 고정자(4)는 하우징(2)의 돌출된 영역(3)을 통해 유지되고, 돌출된 영역은 스프링 요소와 같이 작용하여 고정자(4)를 하우징(2)에 고정시킨다. 고정력의 크기는 고정자가 하우징(2)에 대해 비틀리거나 또는 축방향으로 변위될 수 없을 정도로 설정된다. 돌출된 영역(3)은 하우징(2)의 주연상에서 각각 동일한 폭으로 서로 이격되어, 균일한 고정력이 고정자(4)상으로 가해진다.2 shows in detail the connection between the housing 2 and the stator 4. For a better overview the coil of the stator 4 is not shown in FIG. 2. As can be seen in FIG. 2, a plurality of longitudinal grooves are formed on the outer periphery of the housing 2, such that an inwardly protruding region 3 is formed on the inner jacket periphery of the housing 2. do. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, exactly nine protruding regions 3 are formed. The protruding region 3 extends over the entire length of the cylindrical part of the housing 2 and can simply be formed simultaneously in the manufacture of the housing 2. The stator 4 is held through the protruding region 3 of the housing 2, which acts like a spring element to secure the stator 4 to the housing 2. The amount of fixation force is set such that the stator cannot be twisted or displaced axially with respect to the housing 2. The protruding regions 3 are each spaced apart from each other by the same width on the periphery of the housing 2, so that a uniform holding force is applied onto the stator 4.
따라서, 본 발명에 따른 하우징(2)의 형태를 통해 고정자(4)는 하우징(2)에 부착되지 않고 고정될 수 있다. 본 발명에 따른 하우징(2)의 구조에 의해 예를 들면 중심 에러와 같은 전기 기계의 작동 시 단점이 발생되지 않고 보다 큰 공차가 하우징(2)을 통해 수용될 수 있으므로, 고정자 판 적층부는 마무리 가공될 필요가 없다. 양호하게는 하우징(2)은 스프링강 판으로 제작되므로, 본 발명에 따른 전기 기계는 보다 높은 온도 영역에서 고정자가 하우징에 부착된 기계로서 작동될 수 있다. 본 발명에 따른 전기 기계(1)는 부착 단계의 생략을 통해 보다 신속하고 보다 저렴하게 제작될 수 있거나 또는 조립될 수 있다.Thus, through the form of the housing 2 according to the invention the stator 4 can be fixed without being attached to the housing 2. The stator plate lamination can be finished by the construction of the housing 2 according to the invention, since no shortcomings arise in the operation of the electric machine, for example a central error, and larger tolerances can be accommodated through the housing 2. Need not be. Since the housing 2 is preferably made of spring steel plates, the electric machine according to the invention can be operated as a machine in which the stator is attached to the housing in the higher temperature region. The electric machine 1 according to the invention can be manufactured or assembled more quickly and cheaply by omitting the attachment step.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기 기계를 도시하며, 동일한 부품 또는 기능적으로 동일한 부품은 제 1 실시예와 동일한 도면 부호로 표시된다.3 shows an electric machine according to a second embodiment of the present invention, in which the same or functionally identical parts are denoted by the same reference numerals as in the first embodiment.
제 1 실시예와 달리, 제 2 실시예에서는 추가적으로 재킷형 중간 요소(9)가 하우징(2)과 고정자(4) 사이에 배치된다. 재킷형 중간 요소(9)는 본질적으로 관형구조를 포함하고, 고정자(4)를 완전히 둘러싼다. 재킷형 중간 요소(9)의 조립을 위해 양호하게는 우선 고정자(4)가 재킷형 중간 요소(9)내로 도입되고, 그 다음 재킷형 중간 요소(9)가 고정자(4)와 함께 하우징(2)내로 가압된다. 이러한 방법을 통해, 예를 들면 고정자를 하우징내로 가압하는 동안의 절삭이 제거됨으로써 칩 발생이 완전 방지될 수 있다. 고정자(4)는 하우징(2)과 더 이상 직접 접촉되지 않는다. 따라서, 재킷형 중간 요소(9)가 양호하게는 고장 방지가 가장 크게 보장되어야 하는 전기 기계에 대해 사용된다. 그 밖에는, 도 3에 도시된 제 2 실시예는 제 1 실시예와 대응된다.Unlike the first embodiment, in the second embodiment an additional jacketed intermediate element 9 is arranged between the housing 2 and the stator 4. The jacketed intermediate element 9 essentially comprises a tubular structure and completely surrounds the stator 4. For assembly of the jacketed intermediate element 9 preferably the stator 4 is first introduced into the jacketed intermediate element 9, and then the jacketed intermediate element 9 together with the stator 4 in the housing 2. Pressurized into In this way, chipping can be completely prevented, for example, by eliminating the cutting while pressing the stator into the housing. The stator 4 is no longer in direct contact with the housing 2. Thus, the jacketed intermediate element 9 is preferably used for electrical machines in which failure prevention should be most assured. Otherwise, the second embodiment shown in FIG. 3 corresponds to the first embodiment.
이하에서 도 4와 관련되어 본 발명의 제 3 실시예가 설명되며, 동일한 부품은 제1 실시예와 동일한 도면 부호로 표시된다.Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4, wherein like parts are denoted by the same reference numerals as in the first embodiment.
제 3 실시예는 제 2 실시예와 마찬가지로 재킷형 중간 요소(9)를 포함한다. 그러나, 제 2 실시예와 달리, 제 3 실시예에서는 단지 2개의 내측으로 돌출된 영역(3)만이 하우징(2)에 형성되어 있다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 고정자(4)는 하우징(2)의 2개의 내측으로 돌출된 영역(3)과 내부 재킷 영역(10) 사이에서 고정된다. 두 개의 내측으로 돌출된 영역(3)은 대략 120°에 걸쳐 주연을 따라 서로 오프셋 배치되어, 내부 영역(10) 및 돌출된 영역(3)을 통해 균일한 고정력이 제공된다.The third embodiment, like the second embodiment, comprises a jacketed intermediate element 9. However, unlike the second embodiment, in the third embodiment only two inwardly protruding regions 3 are formed in the housing 2. As can be seen in FIG. 4, the stator 4 is fixed between the two inwardly protruding regions 3 of the housing 2 and the inner jacket region 10. The two inwardly projecting regions 3 are offset from one another along the periphery over approximately 120 °, providing a uniform holding force through the interior region 10 and the projecting region 3.
도 5 및 도 6에는 각각 재킷형 중간 요소(9)를 포함하는 제 4 또는 제 5 실시예가 도시되어 있다. 재킷형 중간 요소(9)는 장방형 판형으로 제작된다. 도 5에 도시된 실시예는 주연 방향으로 대향 위치된 본질적으로 원통형인 중간 요소(9)의2개의 단부가 중첩되어 있는 중첩 영역(11)을 도시한다. 중첩부는 하우징의 2개의 돌출된 영역(3) 사이의 영역에 배치되어 있다. 이를 통해 돌출된 영역(3)에 의해 제공되는 고정력에 대한 불리한 작용이 발생되지 않는다.In figures 5 and 6 there is shown a fourth or fifth embodiment comprising a jacketed intermediate element 9 respectively. The jacketed intermediate element 9 is made in a rectangular plate shape. The embodiment shown in FIG. 5 shows an overlapping region 11 in which the two ends of the essentially cylindrical intermediate element 9 are located opposite in the circumferential direction. The overlap is arranged in the region between the two protruding regions 3 of the housing. This does not cause adverse effects on the holding forces provided by the protruding areas 3.
도 6에 도시된 실시예도 마찬가지로 재킷형 중간 요소(9)를 포함하지만, 중첩 영역 대신에 접합 에지(12)가 주연 방향으로 위치된 중간 요소(9)의 단부 사이에 형성되어 있다. 접합 에지(12)는 중간 요소(9)의 주연 단부를 매끄럽게 연결시킨다.The embodiment shown in FIG. 6 likewise comprises a jacketed intermediate element 9, but instead of overlapping regions a joining edge 12 is formed between the ends of the intermediate element 9 located in the circumferential direction. The joining edges 12 smoothly connect the peripheral ends of the intermediate elements 9.
주연 단부는 예를 들면 용접에 의해서도 서로 고정 연결될 수 있다는 것을 알 수 있다. 주연 단부는 예를 들면 레이저 용접에 의해 또는 부착에 의해서도 조합될 수 있다. 그러나, 중간 요소(9)의 주연 단부를 서로 고정 조합하는 것이 반드시 필요한 것은 아니다.It can be seen that the peripheral ends can be fixedly connected to one another, for example by welding. The peripheral ends can be combined, for example, by laser welding or by attachment. However, it is not necessary to fixedly combine the peripheral ends of the intermediate elements 9 with each other.
본 발명에 따르면, 전기 기계는 하우징과 고정자 사이의 부착 결합을 생략할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the electric machine has the effect of omitting the attachment coupling between the housing and the stator.
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